CN101820709B - 离线发光二极管驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种离线发光二极管驱动电路，包括控制器、并联调节器、光耦合器、及调光电路。控制器产生切换信号来切换变压器，以提供输出电压及输出电流。并联调节器耦接离线发光二极管驱动电路的输出端，用以通过光耦合器来提供反馈信号至控制器。调光电路耦接并联调节器，以根据调光信号来分别地将反馈信号调整为第一反馈电平以及第二反馈电平。输出电压根据反馈信号的第一反馈电平及第二反馈电平而分别地被调整为第一输出电平及第二输出电平。当反馈信号由第二反馈电平变为第一反馈电平时，切换信号的工作周期将以软启动的方式来变化。

Description

离线发光二极管驱动电路

技术领域

本发明关于一种驱动电路，特别是有关于一种发光二极管(LightEmitting Diode，LED)驱动电路。

背景技术

近来，由于发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有较长的使用寿命、较高的发光效率以及较小的外型，使得LED取代了传统白炽与荧光发光装置，已成为许多应用(例如汽车与家用设备)上的发光源。

传统的LED调光控制通常是通过调整流经LED的正向电流来实现。以白光LED为例，当流经白光LED的正向电流变为小于其标准正向电流时，其色温将变为较低。此色温的差异为制造业者所不乐见。因此，需要提出一种具有稳定色温性能的LED调光控制技术。

发明内容

本发明提供一种离线发光二极管(Light Emitting Diode，LED)驱动电路，其包括一控制器、一并联调节器、一光耦合器以及一调光电路。控制器用以产生一切换信号来切换一变压器，以在离线LED驱动电路的输出端上提供一输出电压及一输出电流。并联调节器耦接离线LED驱动电路的输出端，用以通过光耦合器来提供一反馈信号至控制器。调光电路耦接并联调节器以调整反馈信号。调光电路根据一调光信号来分别地将反馈信号调整为一第一反馈电平以及一第二反馈电平。切换信号的工作周期根据反馈信号而改变。输出电压根据反馈信号的第一反馈电平及第二反馈电平而分别地被调整为一第一输出电平及一第二输出电平。第一反馈电平高于第二反馈电平。控制器包括一软启动电路及一拴锁电路。软启动电路根据反馈信号来改变切换信号的工作周期。当反馈信号由第二反馈电平变为第一反馈电平时，切换信号的工作周期将以软启动的方式来变化。当反馈信号由第一反馈电平变为第二反馈电平时，拴锁电路拴锁住其输出状态。

输出电压根据调光信号而在第一输出电平与第二输出电平间交替地调整。输出电流根据调光信号而在零与一固定电流电平间交替地调整。输出电压的第一输出电平高于由离线LED驱动电路所驱动的多个串联LED的正向电压总和。输出电压的第二输出电平低于由离线LED驱动电路所驱动的多个串联LED的正向电压总和。

附图说明

图1绘示根据本发明一实施例的离线LED驱动电路；

图2绘示根据本发明实施例的离线LED驱动电路的控制器；

图3绘示根据本发明实施例的控制器的一次侧调节电路；

图4绘示根据本发明实施例的控制电路的调光控制电路；

图5绘示根据本发明的调光控制电路的延迟电路；

图6绘示本发明实施例中主要信号的波形；以及

图7绘示根据本发明另一实施例的离线LED驱动电路。

[主要元件标号说明]

图1：

10～变压器；         11、12～电阻器；

13～整流器；         14～电容器；

15～晶体管；         17～电阻器；

20～整流器；         25～电容器；

27-29～发光二极管；  30～误差放大器；

31～电容器；         32、33、34～电阻器；

35～电阻器；         36～光耦合器；

37～晶体管；         50～控制器；

55a～调光电路；      100a～离线LED驱动电路；

I₀～输出电流；       S_DIM～调光信号；

V₃₃～电压            V_CC～电压源；

V_DET～检测信号；     V_FB～反馈信号；

V_IP～电流检测信号；  V₀～输出电压；

V_PWM～切换信号；     V_R～参考电压；

图2：

40～衰减电路；         41～晶体管；

42、43、45～电阻器；   46～比较器；

60～一次侧调节电路；   600～调光控制电路；

PLS～脉冲信号；        RMP～斜坡信号；

S_V～电压回路信号；     V_F～控制信号；

V_REF1～参考电压；

图3：

71～运算放大器；       75～比较器；

91、92～与门；         93～反相器；

95～D型触发器；        100～放电时间检测器；

200～振荡器；          300～波形检测器；

400～PWM电路；         500～积分器；

CLR～清除信号；        PLS～振荡信号；

S_DS～放电时间信号；    S_I～电流回路信号；

S_V～电压回路信号；     V_A、V_B～电流波形信号；

V_CC～供应电压；        V_PWM～切换信号；

V_X～积分信号；

图4：

601～拴锁电路；        602～软启动电路；

610、620～比较器；     615、625～延迟电路；

617～与门；            627～与非门；

630～触发器；          640～与非门；

645～与门；            650～计数器；

670～数字至模拟转换器；

MOD～软启动信号；      N_n…N₀～数字信号；

V_TA、V_TB～阀值；

图5：

810～反相器；         820～晶体管；

830～电容器；         840～电流源；

850～与门；

图6：

V₀₁～第一输出电平；   V₀₂～第二输出电平；

I_K～固定电流电平；    T_SS～期间；

图7：

38～电流源；          39～反相器；

55b～调光电路；       I_DIM～电流。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

本发明提供一种具有调光控制的离线(offline)发光二极管(LightEmitting Diode，LED)驱动电路。图1表示根据本发明一实施例的离线LED驱动电路100a。离线LED驱动电路100a包括一次侧调节器、反馈电路以及调光电路55a。一次侧调节器包括控制器50、变压器10、晶体管15、整流器13与20、电容器14与25以及电阻器11、12与17。反馈电路包括并联调节器、光耦合器36以及电阻器35。离线LED驱动电路100a用来驱动彼此串联的LED 27-29。

控制器50产生切换信号V_PWM，以通过晶体管15来切换变压器10。控制器50控制一次侧调节器以在离线LED驱动电路100a的输出端上提供输出电压V₀及输出电流I₀。更多关于一次侧调节器的详细操作叙述请参见编号为6,977,824且其标题为“Control Circuit for Controlling Output Currentat the Primary Side of a Power Converter”的美国专利。误差放大器30、参考电压V_R、电容器31以及分压器形成了并联调节器。电容器31耦接误差放大器30的负端与输出端之间，用以电压反馈补偿。并联调节器的输入端通过由电阻器32与33所组成的分压器来耦接离线LED驱动电路100a的输出端。分压器耦接于离线LED驱动电路100a的输出端与二次侧参考接地之间。并联调节器的输出端通过光耦合器36来耦接控制器50的反馈端FB。反馈信号V_FE产生于控制器50的反馈端FB上。切换信号V_PWM的工作周期根据反馈信号V_FB而变化。调光电路55a包括电阻器34以及晶体管37。电阻器34耦接于晶体管37的漏极与分压器的接合点之间。晶体管37的源极耦接二次侧参考接地。调光信号S_DIM控制晶体管37的栅极。调光电路55a耦接并联调节器，以调整反馈信号V_FB。跨于电阻器33的电压V₃₃与参考电压V_R进行比较，以决定误差放大器30的输出端的电平。

图2表示根据本发明实施例的控制器50。控制器50包括衰减电路40、比较器46、一次侧调节电路60、以及调光控制电路600。衰减电路40包括晶体管41及电阻器42、43与45。电阻器45耦接于电压源V_CC与晶体管41的栅极之间。晶体管41的栅极耦接控制器50的反馈端FB。晶体管41的漏极耦接电压源V_CC。电阻器42及43串联于晶体管41的源极与一次侧参考接地之间。衰减电路40根据反馈信号V_FB来产生控制信号V_F。控制信号V_F可由以下式子来表示：

$V_F=\frac{R_{43}}{R_{42}+R_{43}}\×(V_{\mathrm{FB}}-V_{\mathrm{TH}})---\left(1\right)$

其中，V_TH表示晶体管41的临界电压。

一次侧调节电路60接收检测信号V_DET、电流检测信号V_IP、电压回路信号S_V、以及参考电压V_REF1，以产生切换信号V_PWM。一次侧调节电路60还产生脉冲信号PLS以及斜坡信号RMP。控制信号V_F被提供至比较器46以与斜坡信号RMP进行比较来产生电压回路信号S_V。控制信号V_F与脉冲信号PLS被提供至调光控制电路600，以决定参考电压V_REF1，来实现输出电流I₀的软启动操作。

图3表示根据本发明实施例的一次侧调节电路60。一次侧调节电路60的详细原理与电路操作也可参见编号为6,977,824且标题为“ControlCircuit for Controlling Output Current at the Primary Side of a PowerConverter”的美国专利。

图4表示根据本发明实施例的调光控制电路600。调光控制电路600包括拴锁电路601以及软启动电路602。拴锁电路601包括比较器610与620、延迟电路615与625、与门617、与非门627、以及触发器630。比较器610的负端与比较器620的正端接收控制信号V_F。比较器610的正端及比较器620的负端分别接收阀值V_TA与V_TB。与门617的第一输入端耦接比较器610的输出端。与门617的第二输入端通过延迟电路615耦接比较器610的输出端。与非门627的第一输入端耦接比较器620的输出端。与非门627的第二输入端通过延迟电路625耦接比较器620的输出端。与门617的输出端产生一设置信号，以设定触发器630。与非门627的输出端产生一重置信号，以重置触发器630。触发器630的输出端产生软启动信号MOD。拴锁电路601根据控制信号V_F来产生软启动信号MOD。当控制信号V_F低于阀值V_TA时，将产生设置信号来设置触发器630。一旦控制信号V_F高于阀值V_TB，将产生重置信号来重置触发器630。延迟电路615及与门617提供了防止误操作(de-bounceoperation)以产生设置信号。因此，当反馈信号V_FB由第一反馈电平变为第二反馈电平时，拴锁电路601的输出状态将被拴锁住。

软启动电路602包括与非门640、与门645、计数器650、以及数字至模拟转换器670。当软启动信号MOD为逻辑高电平时，软启动信号MOD用来重置计数器650。脉冲信号PLS被提供至与门645的第一输入端。与门645的输出端用来计数计数器650。计数器650根据脉冲信号PLS来产生数字信号N_n…N₂。数字至模拟转换器670具有多个数字输入端，用以接收数字信号N_n…N₂。数字至模拟转换器670还具有多个输入端，用以接收数字信号N₁及N₀，其中数字信号N₁及N₀耦接电压源V_CC(逻辑高电平)。数字信号N_n为最高有效位，而数字信号N₀为最低有效位。由数字至模拟转换器670所产生的参考电压V_REF1的值由数字信号N_n…N₀所转换获得的。与非门640具有多个输入端，其接收数字信号N_n…N₂。与非门640的输出端耦接与门645的第二输入端。当计数器650的输出被清除时，因而获得参考电压V_REF1的最小值，此最小值是由数字信号N₁与N₀所决定。当软启动信号MOD被禁能时(逻辑低电平)，计数器650将根据脉冲信号PLS而开始向上计数。这使得参考电压V_REF1逐渐地增加。当计数器650的每一输出都变成逻辑高电平时，将停止向上计数。因此，软启动电路602将根据参考信号V_REF1调整切换信号V_PWM。当反馈信号V_FB由第二反馈电平变为第一反馈电平时，切换信号V_PWM的工作周期将以软启动的方式来变化。

图5表示根据本发明的延迟电路，例如延迟电路615及625。延迟电路包括电流源840、反相器810、晶体管820、电容器830以及与门850。延迟电路的输入端耦接反相器810的输入端以及与门850的第一输入端。反相器810的输出端耦接晶体管820的栅极。晶体管820的漏极耦接与门850的第二输入端。电流源840耦接于电压源V_CC与晶体管820的漏极之间。晶体管820的源极耦接一次侧参考接地。电容器830耦接于晶体管820的漏极与一次侧参考接地之间。与门850的输出端耦接延迟电路的输出端，以产生延迟信号。因此，延迟电路接收输入信号，以在一延迟时间后产生该延迟信号。延迟电路的延迟时间由电流源840的电流大小与电容器830的电容值来决定。

图6表示本发明实施例中主要信号的波形。参阅图1及图6，当调光信号S_DIM变为逻辑低电平时，晶体管37将截止，以调整反馈信号V_FB使其处于第二反馈电平。输出电压V₀将根据反馈信号V_FB的第二反馈电平而调整为第二输出电平V₀₂。输出电压V₀的第二输出电平V₀₂为一预设电平，其仅低于串联LED27-29的正向电压总和。当输出电压V₀的第二输出电平V₀₂产生于离线LED驱动电路100a的输出端时，所有的LED 27-29都将熄灭。第二输出电平V₀₂可以下式来表示：

$V_{O2}=\frac{R_{32}+R_{33}}{R_{33}}\×V_r---\left(2\right)$

其中，R₃₂与R₃₃分别表示电阻器32及33的电阻值，而V_r表示参考电压V_R的值。

当调光信号S_DIM变为逻辑高电平时，晶体管37将导通，以使得电阻器34与电阻器33并联。这将反馈信号V_FB调整为第一反馈电平。输出电压V₀将根据反馈信号V_FB的第一反馈电平而调整为第一输出电平V₀₁。当输出电压V₀的第一输出电平V₀₁产生于离线LED驱动电路100a的输出端时，所有的LED 27-29都将点亮。第一输出电平V₀₁可以下式来表示：

$V_{O1}=\frac{R_{32}+R_P}{R_P}\×V_r---\left(3\right)$

其中，R_P表示电阻器33与电阻器34的并联等效电阻，其可以下式来表示：

$R_P=\frac{R_{33}\×R_{34}}{R_{33}+R_{34}}---\left(4\right)$

第一反馈电平高于第二反馈电平，且第一输出电平V₀₁高于第二输出电平V₀₂。输出电压V₀根据调光信号S_DIM而在第一输出电平V₀₁与第二输出电平V₀₂间被交替地调整。输出电流I₀也根据调光信号S_DIM而在零与固定电流电平I_K间被交替地调整。输出电压V₀由第二输出电平V₀₂爬升至第一输出电平V₀₁的期间等于输出电流I₀由零爬升至固定电流电平I_K的期间。根据控制信号V_F，调光控制电路600导致输出电流I₀在前述期间内(以图6的标号T_SS来表示)以软启动的方式渐增。

图7表示根据本发明另一实施例的离线LED驱动电路100b。与图1的实施例不同之处在于，调光电路55b包括电流源38及反相器39。调光信号S_DIM通过反相器39控制电流源38。电流I_DIM由电流源38提供至电阻器32与33的接合点。调光电路55b耦接并联调节器以调整反馈信号V_FB。输出电压V₀的第一输出电平V₀₁与第二输出电平V₀₂分别以下式来表示：

$V_{O1}=\frac{R_{32}+R_{33}}{R_{33}}\×V_r---\left(5\right)$

$V_{O2}=[(\frac{R_{32}+R_{33}}{R_{33}}\×V_r)-(I_{\mathrm{DIM}}\×R_{32})]---\left(6\right)$

如上述实施例所述，本发明的离线LED驱动电路利用一PWM调整的调光信号来交替地在两输出电平之间调整输出电压V₀且在零与固定电流电平I_K之间调整输出电流I₀，以实现具有稳定色温性能的LED调光控制。

本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (7)

1.一种离线发光二极管驱动电路，包括：

控制器，用以产生切换信号来切换变压器，以在所述离线发光二极管驱动电路的输出端上提供输出电压及输出电流；

并联调节器，耦接所述离线发光二极管驱动电路的所述输出端，用以提供反馈信号至所述控制器；以及

调光电路，耦接所述并联调节器以调整所述反馈信号；

其中，所述调光电路根据调光信号来分别地将所述反馈信号调整为第一反馈电平及第二反馈电平；以及

其中，所述切换信号的工作周期根据所述反馈信号而改变，且所述输出电压根据所述反馈信号的所述第一反馈电平及所述第二反馈电平而分别地被调整为第一输出电平及第二输出电平，

其中，所述控制器包括：

软启动电路，用以根据所述反馈信号来改变所述切换信号的所述工作周期，且当所述反馈信号由所述第二反馈电平变为所述第一反馈电平时，所述切换信号的所述工作周期将以软启动的方式来变化；以及

拴锁电路，当所述反馈信号由所述第一反馈电平变为所述第二反馈电平时，用以拴锁住拴锁电路的输出状态。

2.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，其中，所述第一反馈电平高于所述第二反馈电平。

3.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，还包括光耦合器，耦接于所述并联调节器与所述控制器之间。

4.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，其中，所述输出电压根据所述调光信号而在所述第一输出电平与所述第二输出电平间交替地调整。

5.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，其中，所述输出电流根据所述调光信号而在零与一固定电流电平间交替地调整。

6.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，其中，所述输出电压的所述第一输出电平高于由所述离线发光二极管驱动电路所驱动的多个串联发光二极管的正向电压总和。

7.根据权利要求1所述的离线发光二极管驱动电路，其中，所述输出电压的所述第二输出电平低于由所述离线发光二极管驱动电路所驱动的多个串联发光二极管的正向电压总和。

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